自上個世紀90年代開始,波導中的非線性頻率轉換受到重視,基于二階和三階非線性原理的頻率轉換已經引發(fā)了大量的研究,這種頻率轉換在很多方面都有所應用,例如全光網絡的波長轉換器、可調諧光頻梳、產生紅外光光源、全光頻率編碼二進制加法器以及生成高純度糾纏態(tài)光子對等。本論文提出了一種通過增加模式間的空間重疊面積來提高波導頻率轉換效率的方法,設計了三種增加空間重疊面積的波導結構,并通過仿真對其進行驗證。本論文首先從理論上分析了影響基于模間相位匹配波導頻率轉換效率的因素,得到了模式間的空間重疊面積對其的影響。相位匹配是實現(xiàn)波導頻率轉換的必要條件,本論文選擇模間相位匹配是因為它不要求波導材料具有雙折射的性質,且制造工藝難度遠低于準相位匹配,但它的缺點是模與模之間的空間重疊面積限制了頻率的轉換效率。于是分析了影響模式間空間重疊面積的因素,提出了通過改變晶體非線性系數(shù)來增加模式間空間重疊面積的方法,從而達到提高波導頻率轉換效率的目的�；谀ｉg相位匹配理論分析,本論文設計了三種改變晶體非線性系數(shù)的波導,分別是反轉型、抑制型和鍍膜型波導。反轉型波導是通過反轉波導部分結構使得該處晶體非線性系數(shù)符號發(fā)生變化的波導,可以最大程度增加模間重疊面積。抑制型波導利用量子阱混合技術將波導部分結構的晶體非線性系數(shù)進行抑制,減小模間的電場抵消現(xiàn)象,從而增加模間重疊面積。鍍膜型波導將波導部分結構利用鍍膜的方式更換成不具有非線性效應的材料,將晶體非線性系數(shù)降為零,是抑制型波導的極限情況。最后,本論文利用Matlab軟件對反轉型、抑制型和鍍膜型波導進行了仿真驗證,仿真結果顯示反轉型波導結構在提高頻率轉換效率方面效果最好,其次是鍍膜型波導結構,這說明了增加模式間空間重疊面積的程度越大,波導中的頻率轉換效率提高程度越高,驗證了本文提出的提高波導頻率轉換效率的方法。利用本論文提出的方法可以大幅度提高基于模間相位匹配波導的頻率轉換效率,為制造基于模間相位匹配的波導提供了理論指導。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN252
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題的背景及研究目的與意義
    1.2 波導中頻率轉換的研究進展
        1.2.1 波導中頻率轉換的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 波導頻率轉換研究綜述簡析
    1.3 本文的主要研究內容
第2章 波導中頻率轉換理論
    2.1 波導中頻率轉換的基本理論
        2.1.1 頻率轉換中的非線性效應
        2.1.2 波導中頻率轉換效率的理論分析
    2.2 波導中實現(xiàn)相位匹配的方法
        2.2.1 雙折射相位匹配
        2.2.2 準相位匹配
        2.2.3 模間相位匹配
    2.3 提高波導頻率轉換的理論分析
    2.4 本章小結
第3章 基于非線性系數(shù)反轉波導設計
    3.1 波導結構的設計
        3.1.1 基于模間相位匹配的波導設計
        3.1.2 反轉型波導設計
    3.2 波導中頻率轉換仿真及結果分析
        3.2.1 波導中頻率轉換仿真
        3.2.2 基于模間相位匹配的波導仿真結果
        3.2.3 反轉型波導仿真結果
        3.2.4 兩種波導結構仿真結果分析
    3.3 反轉型波導結構制造的可行性分析
    3.4 本章小結
第4章 調制非線性系數(shù)的波導設計
    4.1 抑制型波導設計
        4.1.1 抑制型波導結構的設計
        4.1.2 抑制型波導中頻率轉換仿真及結果分析
    4.2 鍍膜型波導設計
        4.2.1 鍍膜型波導結構的設計
        4.2.2 鍍膜型波導中頻率轉換仿真及結果分析
    4.3 仿真結果分析
    4.4 本章小結
結論
參考文獻
致謝

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